特許 7510877 ＡＲ導波結合器の回折格子アウトカップリング強度の制御

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-26

(45)【発行日】2024-07-04

(54)【発明の名称】ＡＲ導波結合器の回折格子アウトカップリング強度の制御

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/18 20060101AFI20240627BHJP

   G02B 27/02 20060101ALN20240627BHJP

【ＦＩ】

G02B5/18

G02B27/02 Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020540341

(86)(22)【出願日】2018-10-23

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-05-06

(86)【国際出願番号】 US2018057096

(87)【国際公開番号】W WO2019147315

(87)【国際公開日】2019-08-01

【審査請求日】2020-10-02

【審判番号】

【審判請求日】2023-08-18

(31)【優先権主張番号】15/880,693

(32)【優先日】2018-01-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】マイヤー ティマーマン タイセン， ラトガー

(72)【発明者】

【氏名】マクミラン， ウェイン

【合議体】

【審判長】神谷 健一

【審判官】井口 猶二

【審判官】河原 正

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－４９３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２１６４１６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１７－５０２３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０１１５１１０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００４／００６５２５２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

G02B 5/18

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

拡張導波結合器を製造する方法であって、
基板上に第１の複数の液滴を堆積させることであって、前記第１の複数の液滴の各液滴は、前記基板上で互いに離間され、１つ又は複数の第１の材料を含む、前記第１の複数の液滴を堆積させることと、
前記基板上に第２の複数の液滴を堆積させることであって、前記第２の複数の液滴の各液滴は、前記基板上で互いに離間され、１つ又は複数の第２の材料を含み、前記第２の複数の液滴は、液滴の体積と液滴の間隔との少なくとも一方が、前記第１の複数の液滴とは異なる、前記第２の複数の液滴を堆積させることと、
前記第１の複数の液滴及び前記第２の複数の液滴にスタンプを刻印することと、
前記１つ又は複数の第１の材料及び前記１つ又は複数の第２の材料を硬化させることと、
前記１つ又は複数の第１の材料の第１の回折格子、及び前記１つ又は複数の第２の材料の第２の回折格子を形成するために前記スタンプを取り外すことであって、前記第１の回折格子は、第１の屈折率と第１のデューティサイクルを有し、前記第２の回折格子は、第２の屈折率と第２のデューティサイクルを有し、前記第１のデューティサイクルが、前記第２のデューティサイクルとは異なる、前記スタンプを取り外すことと、
を含み、
前記第１のデューティサイクルは、前記第１の回折格子の線幅を前記第１の回折格子のピッチで割った値であり、前記第２のデューティサイクルは、前記第２の回折格子の線幅を前記第２の回折格子のピッチで割った値である、方法。

【請求項2】

前記第１の回折格子と前記第２の回折格子は、実質的に等しい高さを有する、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第２のデューティサイクルは、前記第１のデューティサイクルよりも大きい、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記第１の屈折率が、前記第２の屈折率とは異なる、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記第２の屈折率は、前記第１の屈折率よりも大きい、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記スタンプは、前記第１の回折格子および前記第２の回折格子の側壁面を、前記基板に対してある量だけ傾斜した側壁面となす形状を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記第１の材料は、少なくとも２つの材料を第１の比率で含み、前記第２の材料は、前記少なくとも２つの材料を、前記第１の比率とは異なる第２の比率で含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［０００１］ 本開示の実施形態は、概して、拡張現実導波器に関する。より具体的には、本明細書に記載の実施形態は、拡張現実導波器のアウトカップリング強度を制御するための拡張導波領域に関する。

【背景技術】

【0002】

関連技術の説明
［０００２］ 仮想現実は、概して、ユーザが見かけ上の物理的存在を有する、コンピュータが生成したシミュレート環境であると考えられる。仮想現実体験は、３Ｄで生成され、実際の環境に取って代わる仮想現実環境を表示するためのレンズとしてのニアアイディスプレイパネルを有する眼鏡又は他のウェアラブルディスプレイ装置などのヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）で見ることができる。

【0003】

［０００３］ しかしながら、拡張現実は、ユーザが眼鏡又は他のＨＭＤ装置のディスプレイレンズを通して周囲環境を見ることができるが、表示のために生成され、環境の一部として現れる仮想物体の画像も見ることができる体験を可能にする。拡張現実は、音声入力及び触覚入力のような任意のタイプの入力、並びにユーザが経験する環境を強化又は拡張する仮想画像、グラフィックス及びビデオを含むことができる。新たな技術として、拡張現実には多くの課題及び設計上の制約が存在する。

【0004】

［０００４］ そのような課題の１つは、周囲環境に重ね合わされた仮想画像を表示することである。拡張導波結合器は、画像の重ね合わせを補助するために使用される。生成された光は、拡張導波結合器にインカップリング（入射）され、拡張導波結合器を通って伝播し、拡張導波結合器からアウトカップリング（出射）され、周囲環境に重ね合わされる。光は、表面レリーフ回折格子を用いて、拡張導波結合器との間でインカップリング及びアウトカップリングされる。アウトカップリングの強度は、適切に制御されないことがある。

【0005】

［０００５］ そのため、当該技術分野で必要とされているのは、改良された拡張導波結合器とその製造方法である。

【発明の概要】

【0006】

［０００６］ 一実施形態では、デバイスが提供される。デバイスは、第１のデューティサイクルを有する基板上に形成される少なくとも１つの第１の回折格子と、第１のデューティサイクルとは異なる第２のデューティサイクルを有する少なくとも１つの第１の回折格子に隣接して基板上に形成される少なくとも１つの第２の回折格子と、第１のデューティサイクル及び第２のデューティサイクルとは異なる第２のデューティサイクルを有する少なくとも１つの第２の回折格子に隣接して基板上に形成される少なくとも１つの第３の回折格子とを含む。

【0007】

［０００７］ 別の実施形態では、デバイスが提供される。デバイスは、第１の屈折率を有する基板上に形成される少なくとも１つの第１の回折格子と、第１の屈折率よりも大きな第２の屈折率を有する少なくとも１つの第１の回折格子に隣接して基板上に形成される少なくとも１つの第２の回折格子と、第２の屈折率よりも大きな第３の屈折率を有する少なくとも１つの第２の回折格子に隣接して基板上に形成される少なくとも１つの第３の回折格子とを含む。

【0008】

［０００８］ さらに別の実施形態では、方法が提供される。方法は、基板上に１つ又は複数の第１の材料を堆積させることと、基板上に１つ又は複数の第２の材料を堆積させることと、１つ又は複数の第１の材料及び１つ又は複数の第２の材料にスタンプを刻印することと、１つ又は複数の第１の材料及び１つ又は複数の第２の材料を硬化させることと、１つ又は複数の第１の材料の第１の回折格子及び１つ又は複数の第２の材料の第２の回折格子を形成するため、スタンプを取り外すことと、を含む。第１の回折格子は、第１の屈折率及び第１のデューティサイクルを有する。第２の回折格子は、第２の屈折率及び第２のデューティサイクルを有する。第１のデューティサイクルが第２のデューティサイクルと異なるか、第１の屈折率が第２の屈折率と異なるか、或いは、第１の屈折率及び第１のデューティサイクルの両方が第２の屈折率及び第２のデューティサイクルと異なる。

【0009】

［０００９］ 本開示の上述の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明は、実施形態を参照することによって、得ることができる。そのうちの幾つかの実施形態は添付の図面で例示されている。しかし、添付図面は例示的な実施形態のみを示すものであり、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではなく、その他の等しく有効な実施形態も許容されうることに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施形態による拡張導波結合器の斜視正面図である。

【図2】一実施形態による拡張導波領域を形成する方法の操作を示すフロー図である。

【図3A】一実施形態による製造中の拡張導波領域の概略断面図である。

【図3B】一実施形態による製造中の拡張導波領域の概略断面図である。

【図3C】一実施形態による製造中の拡張導波領域の概略断面図である。

【図3D】一実施形態による製造中の拡張導波領域の概略断面図である。

【図4】別の実施形態による拡張導波領域を形成する方法の操作を示すフロー図である。

【図5A】別の実施形態による製造中の拡張導波領域の概略断面図である。

【図5B】別の実施形態による製造中の拡張導波領域の概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

［００１５］ 理解を容易にするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれうると考えられている。

【0012】

［００１６］ 本明細書に記載の実施形態は、拡張導波領域に関する。拡張導波領域は、概して、デューティサイクル及び屈折率を有する複数の回折格子を含む。特定の実施形態では、デューティサイクルが異なり、屈折率が異なり、或いはデューティサイクルと屈折率の両方が異なる。また、本明細書には、拡張導波領域を形成するための方法が記載されている。

【0013】

［００１７］ 図１は、拡張導波結合器１００の斜視正面図である。以下に説明する拡張導波結合器１００は、例示的な拡張導波結合器であり、本開示の態様を達成するために、他の拡張導波結合器を使用することも、変更することもできることを理解されたい。

【0014】

［００１８］ 拡張導波結合器１００は、複数の回折格子１０８によって画定される入力カップリング領域１０２と、複数の回折格子１１０によって画定される中間領域１０４と、複数の回折格子１１２によって画定される出力カップリング領域１０６とを含む。入力カップリング領域１０２は、マイクロディスプレイから強度を有する光（仮想画像）の入射ビームを受け取る。複数の回折格子１０８の各回折格子は、入射ビームを、各ビームが１つのモードを有する複数のモードに分割する。ゼロ次モード（Ｔ０）ビームは、拡張導波結合器１００内で屈折して戻されるか又は失われ、正の１次モード（Ｔ１）ビームは、拡張導波結合器１００を通って中間領域１０４にカップリングされ、負の１次モード（Ｔ－１）ビームは、拡張導波結合器１００内をＴ１ビームとは反対の方向に伝播する。理想的には、入射ビームは、仮想画像を中間領域１０４に向けるため、入射ビームの強度の全てを有するＴ１ビームに分割される。一実施形態では、複数の回折格子１０８の各回折格子は、Ｔ－１ビーム及びＴ０ビームを抑制するように角度が付けられる。Ｔ１ビームは、Ｔ１ビームが中間領域１０４内の複数の回折格子１１０に接触するまで、拡張導波結合器１００を通って内部全反射（ＴＩＲ）を受ける。

【0015】

［００１９］ Ｔ１ビームは、複数の回折格子１１０のうちの１つの回折格子に接触する。Ｔ１ビームは、拡張導波結合器１００内で屈折して戻されるか又は失われるＴ０ビームと、Ｔ１ビームが複数の回折格子１１０の別の回折格子に接触するまで中間領域１０４内でＴＩＲを受けるＴ１ビームと、拡張導波結合器１００を通って出力カップリング領域１０６にカップリングされるＴ－１ビームとに分割される。中間領域１０４でＴＩＲを受けるＴ１ビームは、拡張導波結合器１００を通って中間領域１０４にカップリングされたＴ１ビームの強度が減衰（枯渇）するまで、或いは、中間領域１０４を通って伝播する残りのＴ１ビームが中間領域１０４の端部に到達するまで、複数の回折格子１１０の回折格子に接触し続ける。出力カップリング領域１０６にカップリングされたＴ－１ビームの強度を制御して、マイクロディスプレイから生成された仮想画像のユーザの視点からの視野を変調し、ユーザが仮想画像を見ることができる視野角を増大させるために、複数の回折格子１１０は、拡張導波結合器１００を通って中間領域１０４にカップリングされたＴ１ビームを制御するように調整されなければならない。

【0016】

［００２０］ 拡張導波結合器１００を通って出力カップリング領域１０６にカップリングされたＴ－１ビームは、Ｔ－１ビームが複数の回折格子１１２の１つの回折格子に接触するまで、拡張導波結合器１００内でＴＩＲを受け、そこでＴ－１ビームは、拡張導波結合器１００内で屈折して戻されるか又は失われるＴ０ビームと、複数の回折格子１１２の別の回折格子に接触するまで出力カップリング領域１０６内でＴＩＲを受けるＴ１ビームと、拡張導波結合器１００にアウトカップリングされるＴ－１ビームとに分割される。出力カップリング領域１０６内でＴＩＲを受けたＴ１ビームは、拡張導波結合器１００を通って出力カップリング領域１０６にカップリングされたＴ－１ビームの強度が減衰（枯渇）するまで、或いは、出力カップリング領域１０６を通って伝播する残りのＴ１ビームが出力カップリング領域１０６の端部に到達するまで、複数の回折格子１１２の回折格子に接触し続ける。複数の回折格子１１２は、拡張導波結合器１００とアウトカップリングされたＴ－１ビームの強度を制御して、マイクロディスプレイから生成された仮想画像のユーザの視点からの視野をさらに変調し、ユーザが仮想画像を見ることができる視野角をさらに増大させるために、拡張導波結合器１００を通って出力カップリング領域１０６にカップリングされたＴ－１ビームを制御するように調整されなければならない。

【0017】

［００２１］ 図２は、図３Ａ～図３Ｄに示された拡張導波領域３００を形成するための方法２００の操作を示すフロー図である。操作２０１では、１つ又は複数の第１の材料３０４が基板３０２上に堆積される。図３Ａに示すように、１つ又は複数の第１の材料３０４は、インクジェットプリンタによって基板３０２の上に堆積された液滴３１０であってもよい。液滴３１０は、第１の体積及び第１の半径を有する。インクジェットプリンタは、間隔３１６で液滴３１０を堆積させる。一実施形態では、液滴３１０が等しく離間されるように、間隔３１６は実質的に等しい。別の実施形態では、液滴３１０間のスペースが異なるように、間隔３１６は異なる。基板３０２は、液滴３１０が時間と共に第１の所定の厚さで第１の横方向に広がる結果をもたらす表面湿潤性を有する。

【0018】

［００２２］ １つ又は複数の第１の材料３０４は、第１の溶液を含むことができる。第１の溶液は、ゾル－ゲル溶液又はナノ粒子溶液であってもよい。第１の溶液は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、及び／又は二酸化チタン（ＴｉＯ_２）を含むことができる。第１の溶液中のＳｉＯ_２、ＳｉＯＣ、ＺｒＯ_２、及び／又はＴｉＯ_２の比率は、第１の屈折率をもたらすように制御される。例えば、第１の溶液は、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＣ、及び／又はＺｒＯ_２に対して第１の比率のＴｉＯ_２を含みうる。一実施形態では、ＳｉＯ_２のゾル－ゲル前駆体は、オルトケイ酸テトラメチル（ＴＭＯＳ）、メチルトリメトキシシラン（ＭＴＭＳ）、及びオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）を含んでもよい。

【0019】

［００２３］ 操作２０２では、１つ又は複数の第２の材料３０６が基板３０２の上に堆積される。図３Ａに示すように、１つ又は複数の第２の材料３０６は、インクジェットプリンタによって基板３０２上に堆積された液滴３１２であってもよい。液滴３１２は、第２の体積及び第２の半径を有する。一実施形態では、第２の体積及び第２の半径は、第１の体積及び第１の半径とは異なる。別の実施形態では、第２の体積及び第２の半径は、第１の体積及び第１の半径と実質的に等しい。インクジェットプリンタは、間隔３１６で液滴３１２を堆積させる。一実施形態では、液滴３１２が等しく離間されるように、間隔３１６は実質的に等しい。別の実施形態では、液滴３１２間のスペースが異なるように、間隔３１６は異なる。基板３０２は、液滴３１２が時間と共に第２の所定の厚さで第２の横方向に広がる結果をもたらす表面湿潤性を有する。

【0020】

［００２４］ １つ又は複数の第２の材料３０６は、第２の溶液を含むことができる。第２の溶液は、ゾル－ゲル溶液又はナノ粒子溶液であってもよい。第２の溶液は、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＣ、ＺｒＯ_２、及び／又はＴｉＯ_２を含むことができる。第２の溶液中のＳｉＯ_２、ＳｉＯＣ、ＺｒＯ_２、及び／又はＴｉＯ_２の比率は、第２の屈折率をもたらすように制御される。第２の屈折率は、第１の屈折率と異なっていてもよい。例えば、第２の溶液は、第１の屈折率よりも高い屈折率となる第２の屈折率をもたらすように、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＣ、及び／又はＺｒＯ_２に対して、第１の比率よりも高い比率となる第２の比率のＴｉＯ_２を含んでよく、或いは、第２の比率は、第１の屈折率よりも低い屈折率となる第２の屈折率をもたらすように、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＣ、及び／又はＺｒＯ_２に対して、第１の比率よりも低い比率のＴｉＯ_２を有してもよい。

【0021】

［００２５］ 操作２０３では、１つ又は複数の第３の材料３０８が基板３０２の上に堆積される。図３Ａに示すように、１つ又は複数の第３の材料３０８は、インクジェットプリンタによって基板３０２の上に堆積された液滴３１４であってもよい。液滴３１４は、第３の体積及び第３の半径を有する。一実施形態では、第３の体積及び第３の半径は、第１の体積及び第１の半径並びに第２の体積及び第２の半径とは異なる。別の実施形態では、第２の体積及び第２の半径は、第１の体積及び第１の半径並びに第２の体積及び第２の半径と実質的に等しい。インクジェットプリンタは、間隔３１６で液滴３１４を堆積させる。一実施形態では、液滴３１４が等しく離間されるように、間隔３１６は実質的に等しい。別の実施形態では、液滴３１４間のスペースが異なるように、間隔３１６は異なる。基板３０２は、液滴３１４が時間と共に第３の所定の厚さで第３の横方向に広がる結果をもたらす表面湿潤性を有する。

【0022】

［００２６］ １つ又は複数の第３の材料３０８は、第３の溶液を含むことができる。第３の溶液は、ゾル－ゲル溶液又はナノ粒子溶液であってもよい。第３の溶液は、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＣ、ＺｒＯ_２、及び／又はＴｉＯ_２を含むことができる。第３の溶液中のＳｉＯ_２、ＳｉＯＣ、ＺｒＯ_２、及び／又はＴｉＯ_２の比率は、第３の屈折率をもたらすように制御される。第３の屈折率は、第１の屈折率及び第２の屈折率と異なっていてもよい。例えば、第３の溶液は、第１の屈折率及び第２の屈折率よりも高い屈折率となる第３の屈折率をもたらすように、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＣ、及び／又はＺｒＯ_２に対して、第１の比率及び第２の比率よりも高い第３の比率のＴｉＯ_２を含んでよく、或いは、第３の比率は、第１の屈折率及び第２の屈折率よりも低い屈折率となる第３の屈折率をもたらすように、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＣ、及び／又はＺｒＯ_２に対して、第１の比率及び第２の比率よりも低い比率のＴｉＯ_２を有してもよい。

【0023】

［００２７］ 操作２０４では、スタンプ３１８が、１つ又は複数の第１の材料３０４、１つ又は複数の第２の材料３０６、及び１つ又は複数の第３の材料３０８に刻印される。図３Ｂに示すように、スタンプ３１８は、
１つ又は複数の第１の材料３０４に対応する１つ又は複数の第１の回折格子パターン３２２と、１つ又は複数の第２の材料３０６に対応する１つ又は複数の第２の回折格子パターン３２４と、１つ又は複数の第３の材料３０８に対応する１つ又は複数の第３の回折格子パターン３２６と、を含むポジティブパターン３２０を有する。１つ又は複数の第１の回折格子パターン３２２、第２の回折格子パターン３２４、及び第３の回折格子パターン３２６は、基板３０２及び側壁パターン面３３０に平行な上部パターン面３２８を含む。側壁パターン表面３３０は、基板３０２に対して傾斜していてよく、基板３０２に対して垂直に配向されていてもよい。一実施形態では、スタンプ３１８は、１つ又は複数の第１の回折格子の逆パターン、１つ又は複数の第２の回折格子の逆パターン、及び１つ又は複数の第３の回折格子の逆パターンを含むネガティブパターンを有するマスタから製造される。スタンプ３１８は、マスタから成形される。別の実施形態では、スタンプ３１８はマスタである。

【0024】

［００２８］ 操作２０５では、１つ又は複数の第１の材料３０４、１つ又は複数の第２の材料３０６、及び１つ又は複数の第３の材料３０８が硬化される。スタンプ３１８は、１つ又は複数の第１の材料３０４、第２の材料３０６、及び第３の材料３０８を紫外線（ＵＶ）光に曝すことによって硬化させることができるように、溶融シリカ又はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などの半透明材料を含みうる。１つ又は複数の第１の材料３０４、第２の材料３０６、及び第３の材料３０８は、代替的に、熱硬化されてもよい。

【0025】

［００２９］ 操作２０６では、１つ又は複数の第１の材料３０４の第１の回折格子３３２、１つ又は複数の第２の材料３０６の第２の回折格子３３４、及び１つ又は複数の第３の材料３０８の第３の回折格子３３６を有する拡張導波領域３００を形成するため、スタンプ３１８が取り外される。一実施形態では、スタンプ３１８は、フッ素コーティングなどの粘着防止表面処理コーティングを単層でコーティングすることができるので、スタンプ３１８を機械的に除去することができる。別の実施形態では、スタンプ３１８を水に溶かして除去するように、スタンプ３１８は、水溶性であるポリビニルアルコール（ＰＶＡ）材料などの水溶性材料で構成されてもよい。

【0026】

［００３０］ 図３Ｃ及び図３Ｄは、拡張導波領域３００の概略断面図を示す。第１の回折格子３３２は、第１のエッジ３４２ａと第２のエッジ３４２ｂとを有する基板３０２に平行な上面３３８と、第１の側壁３４０と、第２の側壁３４１と、上面３３８から基板３０２まで延在する高さ３４４と、を含む。第１の側壁３４０と第２の側壁３４１は、基板３０２に対して傾斜されるか、又は基板３０２に対して垂直に配向されてもよい。第２の回折格子３３４は、第１のエッジ３４２ａと第２のエッジ３４２ｂとを有する基板３０２と平行な上面３３８と、第１の側壁３４０と、第２の側壁３４１と、上面３３８から基板３０２まで延在する高さ３４６と、を含む。第３の回折格子３３６は、第１のエッジ３４２ａと第２のエッジ３４２ｂを有する基板３０２と平行な上面３３８と、第１の側壁３４０と、第２の側壁３４１と、上面３３８から基板３０２まで延在する高さ３４８と、を含む。高さ３４４、３４６、３４８は実質的に等しくなりうる。

【0027】

［００３１］ 第１の回折格子３３２は、高さ３４４の半分の位置に、第１の側壁３４０から第２の側壁３４１まで第１の線幅３５０を有する。第２の回折格子３３４は、高さ３４６の半分の位置に、第１の側壁３４０から第２の側壁３４１まで第２の線幅３５２を有する。一実施形態では、第２の線幅３５２は、第１の線幅３５０とは異なる。第３の回折格子３３６は、高さ３４８の半分の位置に、第１の側壁３４０から第２の側壁３４１まで第３の線幅３５４を有する。一実施形態では、第３の線幅３５４は、第２の線幅３５２及び第１の線幅３５０とは異なる。

【0028】

［００３２］ 第１の回折格子３３２、第２の回折格子３３４、及び第３の回折格子３３６は、ピッチ３６０を有する。ピッチ３６０は、第１のエッジ３４２ａ間の距離から決定される。第１の回折格子３３２は、第１の線幅３５０をピッチ３６０で割ることによって決定される第１のデューティサイクルを有する。第２の回折格子３３４は、第２の線幅３５２をピッチ３６０で割ることによって決定される第２のデューティサイクルを有する。第３の回折格子３３６は、第３の線幅３５４をピッチ３６０で割ることによって決定される第３のデューティサイクルを有する。

【0029】

［００３３］ 一実施形態では、液滴３１０、３１２、３１４は、実質的に等しい間隔３１６で堆積される。液滴３１０、３１２、３１４は、異なる体積及び半径を有する。したがって、ピッチ３６０は実質的に等しいが、第１の線幅３５０、第２の線幅３５２、及び第３の線幅３５４は異なるため、第１のデューティサイクル、第２のデューティサイクル、及び第３のデューティサイクルは異なる。別の実施形態では、液滴３１０、３１２、３１４は、異なる間隔３１６で堆積される。液滴３１０、３１２、３１４は、異なる体積及び半径を有してもよく、又は実質的に等しい体積及び半径を有してもよい。したがって、ピッチ３６０が異なるため、第１のデューティサイクル、第２のデューティサイクル、及び第３のデューティサイクルは異なる。

【0030】

［００３４］ マイクロディスプレイから生成された仮想画像のユーザの視点からの視野を変調し、ユーザが仮想画像を見ることができる視野角を増大させるために、拡張導波領域３００から出力カップリングされるビームの強度は増加しなければならず、一方、拡張導波領域３００を通って伝播するビームの強度は減少しなければならない。さらに、出力カップリングされるビームの強度は、拡張導波領域３００を通って伝播するビームが拡張導波領域３００の最後の回折格子に到達する前に、拡張導波領域３００を通って伝播するビームの強度が減衰（枯渇）する点まで増加してはならない。理想的には、出力カップリングされるビームの強度は増大するが、一方、拡張導波領域３００を通って伝播するビームの強度は減少し、拡張導波領域３００の最後の回折格子によって減衰（枯渇）される。

【0031】

［００３５］ 拡張導波領域３００の光の結合を制御するため、第１のデューティサイクル、第２のデューティサイクル、及び第３のデューティサイクルは異なる。一実施形態では、第１のデューティサイクルは、約０．１から約０．２５までの間にあり、第２のデューティサイクルは、第１のデューティサイクルよりも大きく、約０．２から約０．３５までの間にあり、第３のデューティサイクルは、第１のデューティサイクル及び第２のデューティサイクルよりも大きく、約０．３から約０．５までの間にある。第１の回折格子３３２は第１の屈折率を有し、第２の回折格子３３４は第２の屈折率を有し、第３の回折格子３３６は第３の屈折率を有する。拡張導波領域３００の光のカップリングをさらに制御するため、１つ又は複数の第１の材料、１つ又は複数の第２の材料、及び１つ又は複数の第３の材料中のＳｉＯ_２、ＳｉＯＣ、ＺｒＯ_２、及び／又はＴｉＯ_２の比率が異なっていてもよいため、第１、第２、及び第３の屈折率は異なりうる。第１、第２、及び第３の屈折率は、約１から約２．５までの間であってよく、第２の屈折率は、第１の屈折率よりも大きくてもよく、第３の屈折率は、第１の屈折率及び第２の屈折率よりも大きくてもよい。

【0032】

［００３６］ 図４は、図５Ａと図５Ｂに示される拡張導波領域５００を形成するための方法４００の操作を示すフロー図である。拡張導波領域５００を形成するための方法４００の操作４０１～４０５は、図３Ａ及び図３Ｂに示されている。操作４０１では、１つ又は複数の第１の材料３０４が基板３０２上に堆積される。図３Ａに示すように、１つ又は複数の第１の材料３０４は、インクジェットプリンタによって基板３０２の上に堆積された液滴３１０であってもよい。液滴３１０は、第１の体積及び第１の半径を有する。インクジェットプリンタは、間隔３１６で液滴３１０を堆積させる。一実施形態では、液滴３１０が等しく離間されるように、間隔３１６は実質的に等しい。別の実施形態では、液滴３１０間のスペースが異なるように、間隔３１６は異なる。

【0033】

［００３７］ １つ又は複数の第１の材料３０４は、第１の溶液を含むことができる。第１の溶液は、ゾル－ゲル溶液又はナノ粒子溶液であってもよい。第１の溶液は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、及び／又は二酸化チタン（ＴｉＯ_２）を含むことができる。第１の溶液中のＳｉＯ_２、ＳｉＯＣ、ＺｒＯ_２、及び／又はＴｉＯ_２の比率は、第１の屈折率をもたらすように制御される。第１の溶液は、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＣ、及び／又はＺｒＯ_２に対して、第１の比率のＴｉＯ_２を含む。

【0034】

［００３８］ 操作４０２において、１つ又は複数の第２の材料３０６が基板３０２上に堆積される。図３Ａに示すように、１つ又は複数の第２の材料３０６は、インクジェットプリンタによって基板３０２上に堆積された液滴３１２であってもよい。液滴３１２は、第２の体積及び第２の半径を有する。一実施形態では、第２の体積及び第２の半径は、第１の体積及び第１の半径に実質的に等しい。別の実施形態では、第２の体積及び第２の半径は、第１の体積及び第１の半径とは異なる。インクジェットプリンタは、間隔３１６で液滴３１２を堆積させる。一実施形態では、液滴３１２が等しく離間されるように、間隔３１６は実質的に等しい。別の実施形態では、液滴３１２間のスペースが異なるように、間隔３１６は異なる。

【0035】

［００３９］ １つ又は複数の第２の材料３０６は、第２の溶液を含むことができる。第２の溶液は、ゾル－ゲル溶液又はナノ粒子溶液であってもよい。第２の溶液は、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＣ、ＺｒＯ_２、及び／又はＴｉＯ_２を含むことができる。第２の溶液中のＳｉＯ_２、ＳｉＯＣ、ＺｒＯ_２、及び／又はＴｉＯ_２の比率は、第２の屈折率をもたらすように制御される。第２の屈折率は、第１の屈折率とは異なる。第２の溶液は、第１の屈折率よりも高い屈折率となる第２の屈折率をもたらすように、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＣ、及び／又はＺｒＯ_２に対して、第１の比率よりも高い比率となる第２の比率のＴｉＯ_２を含む。或いは、第１の屈折率よりも低い屈折率となる第２の屈折率をもたらすように、第２の比率は、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＣ、及び／又はＺｒＯ_２に対して、第１の比率よりも低い比率のＴｉＯ_２を有する。

【0036】

［００４０］ 操作４０３では、１つ又は複数の第３の材料３０８が基板３０２の上に堆積される。図３Ａに示すように、１つ又は複数の第３の材料３０８は、インクジェットプリンタによって基板３０２の上に堆積された液滴３１４であってもよい。液滴３１４は、第３の体積及び第３の半径を有する。一実施形態では、第３の体積及び第３の半径は、第１の体積及び第１の半径並びに第２の体積及び第２の半径に実質的に等しい。別の実施形態では、第２の体積及び第２の半径は、第１の体積及び第１の半径並びに第２の体積及び第２の半径とは異なる。インクジェットプリンタは、間隔３１６で液滴３１４を堆積させる。一実施形態では、液滴３１４が等しく離間されるように、間隔３１６は実質的に等しい。別の実施形態では、液滴３１４間のスペースが異なるように、間隔３１６は異なる。

【0037】

［００４１］ １つ又は複数の第３の材料３０８は、第３の溶液を含むことができる。第３の溶液は、ゾル－ゲル溶液又はナノ粒子溶液であってもよい。第３の溶液は、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＣ、ＺｒＯ_２、及び／又はＴｉＯ_２を含むことができる。第３の溶液中のＳｉＯ_２、ＳｉＯＣ、ＺｒＯ_２、及び／又はＴｉＯ_２の比率は、第３の屈折率をもたらすように制御される。第３の屈折率は、第１の屈折率及び第２の屈折率とは異なる。溶液は、第１の屈折率及び第２の屈折率よりも高い屈折率となる第３の屈折率をもたらすように、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＣ、及び／又はＺｒＯ_２に対して、第１の比率及び第２の比率よりも高い第３の比率のＴｉＯ_２を含んでよく、或いは、第１の屈折率及び第２の屈折率よりも低い屈折率となる第３の屈折率をもたらすように、第３の比率は、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＣ、及び／又はＺｒＯに対して、第１の比率及び第２の比率よりも低い比率のＴｉＯ_２を有する。

【0038】

［００４２］ 操作４０４では、スタンプ３１８が、１つ又は複数の第１の材料３０４、１つ又は複数の第２の材料３０６、及び１つ又は複数の第３の材料３０８に刻印される。操作４０５では、１つ又は複数の第１の材料３０４、１つ又は複数の第２の材料３０６、及び１つ又は複数の第３の材料３０８が硬化される。操作４０６では、１つ又は複数の第１の材料３０４の第１の回折格子５３２、１つ又は複数の第２の材料３０６の第２の回折格子５３４、及び１つ又は複数の第３の材料３０８の第３の回折格子５３６を有する拡張導波領域５００を形成するため、スタンプ３１８が取り外される。

【0039】

［００４３］ 図５Ａ及び図５Ｂは、拡張導波領域５００の概略断面図を示す。第１の回折格子５３２は、第１のエッジ５４２ａ及び第２のエッジ５４２ｂを有する基板３０２に平行な上面５３８と、第１の側壁５４０と、第２の側壁５４１と、上面５３８から基板５０２に延在する高さ５４４とを含む。第１の側壁５４０と第２の側壁５４１は、基板５０２に対して傾斜されるか、又は基板５０２に対して垂直に配向されてもよい。第２の回折格子５３４は、第１のエッジ５４２ａと第２のエッジ５４２ｂとを有する基板５０２と平行な上面５３８と、第１の側壁５４０と、第２の側壁５４１と、上面５３８から基板５０２まで延在する高さ５４６と、を含む。第３の回折格子５３６は、第１のエッジ５４２ａと第２のエッジ５４２ｂを有する基板５０２と平行な上面５３８と、第１の側壁５４０と、第２の側壁５４１と、上面５３８から基板５０２まで延在する高さ５４８と、を含む。高さ５４４、５４６、５４８は実質的に等しくなりうる。

【0040】

［００４４］ 第１の回折格子５３２は、高さ５４４の半分の位置に、第１の側壁５４０から第２の側壁５４１まで第１の線幅５５０を有する。第２の回折格子５３４は、高さ５４６の半分の位置に、第１の側壁５４０から第２の側壁５４１まで第２の線幅５５２を有する。第３の回折格子５３６は、高さ５４８の半分の位置に、第１の側壁５４０から第２の側壁５４１まで第３の線幅５５４を有する。一実施形態では、第３の線幅５５４は、第２の線幅５５２及び第１の線幅５５０と実質的に等しい。

【0041】

［００４５］ 第１の回折格子５３２、第２の回折格子５３４、及び第３の回折格子５３６は、ピッチ５６０を有する。ピッチ５６０は、第１のエッジ５４２ａ間の距離から決定される。第１の回折格子５３２は、第１の線幅５５０をピッチ５６０で割ることによって決定される第１のデューティサイクルを有する。第２の回折格子５３４は、第２の線幅５５２をピッチ５６０で割ることによって決定される第２のデューティサイクルを有する。第３の回折格子５３６は、第３の線幅５５４をピッチ５６０で割ることによって決定される第３のデューティサイクルを有する。

【0042】

［００４６］ 一実施形態では、第３の線幅５５４は、第２の線幅５５２に実質的に等しく、第１の線幅５５０及びピッチ５６０は、実質的に等しい間隔３１６で実質的に等しい体積及び半径で液滴３１０、３１２、３１４を堆積させるために実質的に等しい。したがって、第１の線幅５５０、第２の線幅５５２、及び第３の線幅５５４が実質的に等しく、ピッチ５６０が実質的に等しいので、第１のデューティサイクル、第２のデューティサイクル、及び第３のデューティサイクルは実質的に等しい。別の実施形態では、第１のデューティサイクル、第２のデューティサイクル、及び第３のデューティサイクルは実質的に等しいが、第１の線幅５５０、第２の線幅５５２、及び第３の線幅５５４は異なり、ピッチ５６０は異なる。液滴３１０の第１の体積及び第１の半径、液滴３１２の第２の体積及び第２の半径、並びに液滴３１４の第３の体積及び第３の半径は、第１のデューティサイクル、第２のデューティサイクル、及び第３のデューティサイクルが実質的に等しくなるように、ピッチ５６０に調整される。一実施形態では、第１のデューティサイクル、第２のデューティサイクル、及び第３のデューティサイクルは、約０．１から約０．５の間である。

【0043】

［００４７］ 第１の回折格子３３２は第１の屈折率を有し、第２の回折格子３３４は第２の屈折率を有し、第３の回折格子３３６は第３の屈折率を有する。拡張導波領域５００の光のカップリングを制御するため、１つ又は複数の第１の材料、１つ又は複数の第２の材料、及び１つ又は複数の第３の材料中のＳｉＯ_２、ＳｉＯＣ、ＺｒＯ_２、及び／又はＴｉＯ_２の比率が異なるため、第１、第２、及び第３の屈折率は異なる。第１、第２、及び第３の屈折率は、約１から約２．５であってもよい。一実施形態では、第１の屈折率は約１．２から約１．５であり、第２の屈折率は第１の屈折率よりも大きく、約１．４から約１．７であり、第３の屈折率は第１の屈折率及び第２の屈折率よりも大きく、約１．５から約２．５である。

【0044】

［００４８］ 要約すると、デューティサイクル及び屈折率を有する複数の回折格子を含む拡張導波領域及びその製造方法が本明細書に記載されている。異なるデューティサイクル、異なる屈折率、又は異なるデューティサイクル及び異なる屈折率の両方を有する拡張導波領域は、マイクロディスプレイから生成された仮想画像のユーザの視点からの視野を変調し、ユーザが仮想画像を見ることができる視野角を増大させることができる。１つ又は複数の第１の材料、１つ又は複数の第２の材料、及び１つ又は複数の第３の材料中のＳｉＯ_２、ＳｉＯＣ、ＺｒＯ_２、及び／又はＴｉＯ_２の異なる比率の使用により、異なる屈折率が得られ、異なる線幅を有する回折格子を形成することによって、異なるデューティサイクルを提供する。

【0045】

［００４９］ 以上の記述は、本開示の実施例を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本本開示の他の実施例及び更なる実施例が考案されてよく、本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決定される。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4】

【図5A】

【図5B】